电子技术课程设计交通灯控制器Word文档格式.docx
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当然我们每个人都不希望这样。
我们作为社会的一员,每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。
我们设计了这个交通灯信号控制系统通过本课程设计,使我们加强对电子技术课程内容的理解和掌握,学会使用数字电子技术设计和制做自动控制装置的方法,掌握电子电路的基本分析方法和设计方法,进一步提高分析解决实际问题的综合能力,也为将来的就业或继续深造做好准备。
一.设计任务与要求
1.设计任务与要求
设计一个十字路口的交通信号灯控制器,控制A、B两条交叉道上的车辆通行,具体要求如下:
(1)
每条道路设一组信号灯控制器,每组信号灯由红、黄、绿3个灯组
成,绿灯表示允许通行,黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆停止通行。
(2)
每条道路上每次通行的时间为25s。
(3)
每次变换通行车道之前,要求黄灯先亮5s,才能变换通行车道。
2.设计目的
(1)了解并掌握电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力。
(2)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则。
(3)提高综合运用所学的理论知识。
独立分析和解决问题的能力。
(4)进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。
(5)初步掌握对电子线路安装与调试使用方法。
二.总体框图
有一个A车道和B车道的交叉路口如图1所示。
每边都设置红、绿、黄色信号灯。
红灯亮表示禁止通行;
绿灯亮表示可以通而在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟,以便在停车线以外的车辆停止运行。
当A、B车道都有车时,两边按规定的时间交替通行。
分析系统的逻辑功能,画出其框图:
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。
图中:
TL:
表示A车道或B车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到,TL=1,否则,TL=0。
TY:
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到,TY=1,否则,TY=0。
ST:
表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号。
由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
图1交通灯控制系统的原理框图
1.定时器:
以秒脉冲作为计数器的计数脉冲。
计数器用两块74LS163构成,TY和TY为计数器的输出信号。
ST为状态转换控制信号,每当ST输出一个正脉冲,计数器进行一轮计数。
按设计要求记“秒”脉冲的数目,完成计时任务,向控制器发出相应的定时信号,控制A、B车道通车时间和绿灯变红灯的切换时间。
2.控制器:
控制起有四个状态,因此可由两个触发器构成,本设计中选用两个D触发器产生四个状态。
控制器的输入为触发器的现态以及TL和TY,控制器的输出为触发器的次态和控制器状态转换信号ST。
根据秒脉冲信号发生器和定时器送来的信号,保持或改变电路的状态,以实现对A、B车道车辆运行状态的控制。
3.译码驱动电路:
译码器的作用是将控制器输出Q1,Q0构成的四种状态转换成为A,
B车道上六个信号灯的控制信号。
按照控制器所处的状态进行译码,再驱动相应的信号灯,指挥A、B
车道的行人。
扩展功能:
1、能实现的功能
交通灯的状态转换和倒计时时间的显示,基本能实现东西、南北直行和转弯灯的显示功能。
2、不足之处
(1)我所用的是一个大的计数器来实现交通灯的控制电路的设计,若能使用双进程状态机描述会使程序更加简练,而且状态之间的转化关系更加明朗。
(2)另外,在现实中晚上没有行人,可以不用交通灯控制,只需要黄灯亮着提醒人们前方有路口即可。
那就需要一个始终显示模块,指定的时间内回到初始状态也就是我用的EN=0是的状态。
只是人为控制,若有24小时的计时会使交通灯的控制智能化。
(3)有些城市的交通灯中也有右转灯,这个程序中有很多地方仍然需要改进。
三.选择器件
主要元器件:
74LS163
74LS153
74LS74
74LS04
74LS08
NE555
发光二极管
电阻
电容
(1)。
74LS74
74LS74是双D触发器,
(2)。
74LS163
74LS163是4位二进制同步计数器,它具有同步清零、同步置数的功能。
74LS163的外引线排列图如图所示,其功能表如表1,2所示。
逻辑符号
表1是74ls163的功能表:
表2是控制器状态转换表:
(3).74LS153
74LS153是双四选一数据选择器,通过选择不同的地址代码(即A1、A0的状态),即可从四个输入数据中选出所要的一个,并送至输出端Y。
图2
4选1数据选择器内部逻辑图
数据选择器又称多路选择器、多路开关。
它是一个多输入、单输出电路。
数据选择器在地址码(或叫选择控制)电平的控制下,从几个数据输入中选择一个,并将其送到输出端。
常见的数据选择器有2选1、4选1、8选1和16选1等数据选择器。
图2是74LS153集成块中一个4选1数据选择器的逻辑图,真值表为表3
其中C0~C3为数据输入端,Y为输出端,A、B称为地址输入端。
A、B的状态起着从4路输入数据中选择哪1路输出的作用。
为使能端,低电平有效,=0时,数据选择器工作;
=1时,电路被禁止,输出0,输出状态与输入数据无关。
注意A、B地址在集成块中由2个4选1共用,高位为B,低位为A,BA=01时,Y=C1,BA=10时,Y=C2。
测试74LS153的逻辑功能:
按照表5的真值表测试4选1数据选择器,数据输入端C0~C3可接电平开关,也可分别接频率不同的脉冲源。
表3
4选1数据选择器真值表
选择输入
数据输入
选通
输出
BA
C0C1C2C3
Y
XX0000010110101111
XXXX0XXX1XXXX0XXX1XXXX0XXX1XXXX0XXX1
100000000
001010101
注:
X为任意态
四.功能模块
1.单元电路的设计
(1)控制器
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如表4所示。
选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态,控制器状态转换的条件为TL和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1=00状态时,如果TL=0,则控制器保持在00状态;
如果,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态。
这两种情况与条件TY无关,所以用无关项"
X"
表示。
其余情况依次类推,同时表中还列出了状态转换信号ST。
表4控制器状态转换表
根据表4可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是:
将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中"
1"
用原变量表示,"
0"
用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:
以上三个逻辑函数可用多种方法实现,本设计选用四选一数据选择器74LS153来实现,这种实现方法比较简单。
触发器采用双D触发器74LS74,设计中将触发器的输出看作逻辑变量,将TY、TL看作输入信号,按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数,由此得到控制器的原理图,如图3所示。
选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号.即可实现控制器的功能。
图中R、C构成上电复位电路,保证触发器的初始状态为0,触发器的时钟输入端输入1Hz秒脉冲。
图3控制器电路图
2.Multism2001的仿真结果:
控制器:
2.在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确性
五.总体设计电路图
1.总体电路图
仿真结果如下:
(1)A车道绿灯亮时,B车道红灯亮。
(2)A车道黄灯亮时,B车道红灯亮。
(3)A车道红灯亮时,B车道绿灯亮。
(4)A车道红灯亮时,B车道黄灯亮。
3.在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确
1).设计、组装译码器电路,其输出接A、B车道上的6只信号灯(实验时用发光二极管代替),验证电路的逻辑功能。
2).设计、组装秒脉冲产生电路。
3).组装、调试定时电路。
当CP信号为1Hz正方波时,画出CP、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、TL.、TY的波形,并注意它们之间一的时序关系。
4).组装、调试控制器电路。
5).完成交通灯控制电路的联调,并测试其功能。
实验结果:
设A、B通道各有红绿黄三只灯,交通灯显示情况:
(1)A车道绿灯,B车道红灯;
(2)A车道红灯,B车道绿灯;
(3)A车道黄灯,B车道红灯;
(4)A车道红灯,B车道黄灯;
(1)→(3)→
(2)→(4)→
(1)。
其中
(1)、
(2)持续25秒,(3)、(4)持续5秒。
六、心得体会
电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节,这次交通信号灯控制器的设计
不仅要综合运用数字电子技术基础的基本理论知识,而且还需要独立进行电路设计的能力,并要求具有较强的动手能力,因此做好这个课题设计将受益非浅。
下面就本次课程设计的收获和体会做几点总结。
这次设计所用到的芯片基本上都是电子技术基础课程中所学过的,因此遇到的困难不是很多。
但如果涉及到未学过芯片,这时就要考察我们收集资料的能力,现在大、中规模的芯片很多,我们不可能把每个芯片的管脚都记住,但是解读芯片功能的方法是一样的,要综合分析它的功能表和输入输出的逻辑关系式,同时还要注意有的芯片的使能端,可以作为扩展端,这是我学习用芯片的一点体会。
这次电路板接线的要求是“横平竖直”,不“飞线”,不“跳线”。
这也是培养我们以后研制电子产品应具备工艺美观的思想。
因此不仅要求我们具有很好动手能力,还要有瞻前顾后的理念,要做到这一点需要对
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